使用具有差模電感器耦接的ups模塊的ups系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主題涉及電力轉(zhuǎn)換設(shè)備及方法，并且更特別地涉及不間斷電源(UPS)設(shè)備及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]UPS系統(tǒng)通常在諸如數(shù)據(jù)中心，醫(yī)療中心和工業(yè)設(shè)施的設(shè)施中使用?？稍谶@樣的設(shè)施中使用UPS系統(tǒng)以在主公用電源故障的情況下提供備用電力來維持運行。這些UPS系統(tǒng)通常具有包括由DC連接耦接的整流器和逆變器的“在線”配置，該DC連接還耦接到諸如電池，燃料電池或其它能量存儲裝置的輔助電源。同樣可以使用諸如待機和在線互動式配置的其它配置。
[0003]UPS系統(tǒng)可具有包括兩個或多個UPS模塊的模塊結(jié)構(gòu)，每一個UPS模塊例如可包括整流器，逆變器和DC/DC轉(zhuǎn)換器以便連接到電池或其它DC電源。模塊通常被設(shè)計為并聯(lián)運行以提供可擴展的功率容量，例如，模塊可共同耦接到AC源，DC源(例如電池)和/或負(fù)載。
[0004]在該UPS模塊中使用的轉(zhuǎn)換器電路通常是開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器電路。該開關(guān)模式轉(zhuǎn)換器的并聯(lián)布置可能易受到在模塊之間顯著高頻電流的產(chǎn)生的傷害。在并聯(lián)逆變器布置中，這個問題可通過同步例如在Tassitino, Jr等人的美國專利N0.7, 405, 494中描述的逆變器所使用的PWM周期來解決。在并聯(lián)的DC/DC電池轉(zhuǎn)換布置中，在電池連接路徑中可連接大的電感器以便將電池連接電路的諧振頻率移動到DC/DC轉(zhuǎn)換器的PWM頻率范圍之外。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主題的一些實施例提供不間斷電源(UPS)系統(tǒng)，該UPS系統(tǒng)包括至少兩個UPS模塊，該UPS模塊具有通過相應(yīng)的導(dǎo)體共同耦接到電流源/吸收器的相應(yīng)開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器電路。該系統(tǒng)進一步包括至少一個磁耦接該至少兩個導(dǎo)體的差模電感器。
[0006]在一些實施例中，開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器電路可包括通過導(dǎo)體共同耦接到DC電源端子的相應(yīng)DC/DC轉(zhuǎn)換器電路。DC/DC轉(zhuǎn)換器電路可在可變頻率處運行和/或可能不同步。該至少兩個UPS模塊可進一步包括具有耦接到DC/DC轉(zhuǎn)換器中的相應(yīng)一個的輸入以及共同耦接到負(fù)載的輸出的相應(yīng)逆變器電路。
[0007]在一些實施例中，至少一個差模電感器可包括磁耦接導(dǎo)體的鐵氧體芯。該鐵氧體芯例如可包括每一個導(dǎo)體穿過其至少一次的鐵氧體環(huán)。
[0008]在進一步實施例中，開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器電路可包括通過導(dǎo)體共同耦接到負(fù)載端子的相應(yīng)逆變器電路。在更進一步實施例中，開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器電路可包括通過導(dǎo)體共同耦接到AC電源端子的相應(yīng)整流器電路。
[0009]根據(jù)一些實施例，至少兩個UPS模塊可包括至少三個UPS模塊，該UPS模塊具有通過至少三個相應(yīng)的導(dǎo)體共同耦接到電流源/吸收器的相應(yīng)開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器電路。至少一個差模電感器可包括多個差模電感器，該差模電感器中的相應(yīng)一個磁耦接至少三個導(dǎo)體中的相應(yīng)對?？蓪⒅辽偃齻€導(dǎo)體中的至少一個磁耦接到少于至少三個導(dǎo)體中的全部剩余導(dǎo)體。
[0010]本發(fā)明主題的一些實施例提供一種包括至少兩個UPS模塊的UPS系統(tǒng)。該至少兩個UPS模塊的每一個包括具有被配置為耦接到負(fù)載的輸出以及耦接到逆變器電路輸入的DC/DC轉(zhuǎn)換器電路。該系統(tǒng)進一步包括至少兩個導(dǎo)體，相應(yīng)的導(dǎo)體將UPS模塊的相應(yīng)開關(guān)模式DC/DC轉(zhuǎn)換器電路共同耦接到電池端子以及磁耦接該至少兩個導(dǎo)體的至少一個差模電感器。
[0011]進一步的實施例提供操作包括至少兩個UPS模塊和至少兩個導(dǎo)體的UPS系統(tǒng)的方法，相應(yīng)的導(dǎo)體將UPS模塊的相應(yīng)開關(guān)模式DC/DC轉(zhuǎn)換器電路共同耦接到電池端子。該方法包括感應(yīng)耦接該至少兩個導(dǎo)體的差分模式。
【附圖說明】
[0012]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明主題的一些實施例的UPS系統(tǒng)的原理圖。
[0013]圖2是示出根據(jù)進一步實施例的UPS系統(tǒng)的原理圖。
[0014]圖3是示出圖2的UPS系統(tǒng)中的UPS模塊的實現(xiàn)的原理圖。
[0015]圖4是示出根據(jù)一些實施例的差模電感器實現(xiàn)的原理圖。
[0016]圖5是示出根據(jù)進一步實施例的UPS系統(tǒng)的原理圖。
[0017]圖6和圖7示出根據(jù)一些實施例的差模電感器布置的示例。
[0018]圖8是示出根據(jù)更進一步實施例的UPS系統(tǒng)的原理圖。
[0019]圖9是示出根據(jù)一些實施例的具有用于并聯(lián)逆變器的差模電感器的UPS系統(tǒng)的原理圖。
[0020]圖10是示出根據(jù)一些實施例的具有用于并聯(lián)整流器的差模電感器的UPS系統(tǒng)的原理圖。
【具體實施方式】
[0021]現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明主題的具體示例性實施例。然而，本發(fā)明主題可以許多不同的形式實施并且不應(yīng)被解釋為限于在本文中陳述的實施例；相反，提供這些實施例以使本公開透徹和完整，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員全部傳達發(fā)明主題的范圍。在附圖中，相同的數(shù)字指示相同的元件。將理解的是，當(dāng)元件被稱為“連接”或“耦接”到另一元件時，它可直接連接或耦接到其它元件或可存在中介元件。在本文中使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)所列項目中的任意和所有組合。
[0022]本文中使用的術(shù)語的目的在于僅描述特定實施例而非限制發(fā)明主題。如本文中使用的，除非另外明確陳述，單數(shù)形式的“一”、“一個”和“所述”旨在同樣包括復(fù)數(shù)形式。將進一步理解的是，術(shù)語“包括”，“包含”當(dāng)在本說明書中使用時，特指所述特征，整數(shù)，步驟，操作，元件和/或部分的存在，但不排除一個或多個其它特征，整數(shù)，步驟，操作，元件，部件和/或其組合的存在或附加。
[0023]除非另外定義，在本文中使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)具有本發(fā)明主題所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的普遍理解的相同意義。將進一步理解的是，諸如那些在通常使用的字典中定義的術(shù)語應(yīng)當(dāng)被理解為具有與說明書的上下文中及相關(guān)領(lǐng)域中它們的意義一致的意義，并且除非在本文中明確定義，將不能以理想化或過度正式的形式來理解。
[0024]圖1示出根據(jù)本發(fā)明主題的一些實施例的UPS系統(tǒng)100。該系統(tǒng)100包括至少兩個UPS模塊110，每一個UPS模塊110包括至少一個開關(guān)模式轉(zhuǎn)換器電路112。相應(yīng)的開關(guān)模式轉(zhuǎn)換器電路112的端口通過相應(yīng)的導(dǎo)體120共同耦接到至少一個電流源/吸收器10。此處使用的“電流源/吸收器”指用作電流源和/或電流吸收器的裝置，諸如(DC和/或AC)電源，負(fù)載或可既用作源又用作負(fù)載的裝置。如圖1的極性點所指示的，在差分(反向并聯(lián))布置中，至少一個差模電感器130磁耦接到導(dǎo)體120。如在下面更詳細(xì)地解釋的，開關(guān)模式轉(zhuǎn)換器電路112例如可包括DC/DC轉(zhuǎn)換器電路，逆變器電路和/或整流器電路。電流源和/或吸收器10例如可包括電池，電網(wǎng)或發(fā)電機源，和/或諸如UPS系統(tǒng)100所服務(wù)的負(fù)載。
[0025]在模塊UPS系統(tǒng)中可有利地實現(xiàn)本發(fā)明主題的某些實施例，該UPS系統(tǒng)中的多個UPS模塊的DC/DC電池轉(zhuǎn)換器電路共同耦接到諸如電池的DC電源。在一些系統(tǒng)中，該DC/DC轉(zhuǎn)換器可不同步和/或可在可變PWM頻率處運行。因此，該布置可能在模塊之間產(chǎn)生顯著的高頻電流。這些高頻電流可加強導(dǎo)體和/或例如濾波器電容器的DC/DC轉(zhuǎn)換器的部件的互連。諸如PWM同步和/或大的同軸電感器的使用的用于減輕該高頻電流的傳統(tǒng)技術(shù)可降低魯棒性和/或可涉及不期望的成本，重量和體積。
[0026]圖2示出根據(jù)本發(fā)明主題的一些實施例的UPS系統(tǒng)200。系統(tǒng)200包括至少兩個UPS模塊210，每一個UPS模塊包括通過DC連接215耦接的整流器電路212和逆變器電路214。整流器電路212可具有共同耦接到諸如電網(wǎng)源或發(fā)電機的AC電源10”的輸入。在正常運行條件(即，當(dāng)AC電源10”激活時)，整流器電路212在DC連接215上的產(chǎn)生DC電壓。將逆變器電路214共同耦接到負(fù)載10”’并且產(chǎn)生AC電壓以對負(fù)載10”’供電。可運行逆變器電路214以提供由UPS模塊210共享的大致相等的負(fù)載?？墒褂玫呢?fù)載共享技術(shù)的示例在Tassitino，Jr.等人的美國專利N0.5，745，356和N0.6，549，440中描述，它們中的每一個通過引用并入本文。
[0027]在模塊210中DC/DC電池轉(zhuǎn)換器電路216耦接到DC連接。導(dǎo)體220將DC/DC轉(zhuǎn)換器電路216共同耦接到電池10’的端子。在AC電源10”衰減或故障的情況中，電池10’(其可能包括一個或多個電池)和DC/DC轉(zhuǎn)換器電路216可為逆變器電路214提供輔助電力。DC/DC轉(zhuǎn)換器電路216還可從DC連接215為電池10’提供充電電流。DC/DC轉(zhuǎn)換器電路216可不同步和/或在可變PWM頻率處運行。
[0028]相應(yīng)的差模電感器230磁耦接到導(dǎo)體220的相應(yīng)對，并且可被配置為降低在DC/DC轉(zhuǎn)換器電路216之間穿過的高頻電流。如圖3所示，UPS模塊210的DC/DC轉(zhuǎn)換器電路216可包括耦接到包括電感器L和開關(guān)S的升壓電路的輸入濾波電容C。差模電感器230可為穿過D